一种波长扫描光源系统及其波长调谐方法技术方案

本发明专利技术涉及一种波长扫描光源系统及其波长调谐方法，其技术特点在于：包括利特罗式反射光栅、变形棱镜组合、平凹柱面透镜、高速电光偏转器、偏振片、保偏单模光纤、助推光学放大器和光电探测器。本发明专利技术能够在1550nm波长附近，实现超过80nm的宽谱调谐范围，并能够极大减小光束输出功率和波长线宽的浮动，且能够实现稳定的高功率输出，输出功率高达100mW。

【技术实现步骤摘要】
一种波长扫描光源系统及其波长调谐方法
本专利技术属于波长扫描光源
，尤其是一种波长扫描光源系统及其波长调谐方法。
技术介绍
紧凑、灵活、高功率的波长扫描光源是通信、光学相干层析成像、显示、遥感等领域的关键器件。目前，在相对较宽的光谱范围内，实现高功率和高速连续激光调谐(要求激光功率和波长波动较小)存在技术挑战。虽然，具有波长选择的外腔激光器能够提供一定调谐范围的激光输出，但是，这些激光器大多采用速度慢，波长选择精度低的机械扫描方法，并且输出的光束功率和波长线宽波动幅度较大。电光元件的诞生使得高速波长扫描器得以实现。电光元件通过改变光的偏振、强度或相位，能够实现快速、精确地控制光的状态，因此在光通信、激光和传感等领域有着广泛的应用。另外，在施加电压或者电场的情况下，电光元件能够产生折射率变化，这一现象被称为电光效应。在电光元件的应用中，该效应用于使光束发生偏转，从而改变光束的传播方向。人们利用这一特性，制成了具有快速时间响应的电光晶体光束偏转器。虽然，利用电光晶体做成的光束偏转器具有快速的时间响应，但它们仅能够将光束偏转至一个很有限的小角度即可调谐的范围太小。近年来，钽铌酸钾晶体已被研究出许多潜在的应用，包括能制成高速偏转器，电光调制器，光折变光针，和能进行无尺度光学和无衍射光波传输。由于在相变点附近具有巨大的电光系数，钽铌酸钾晶体在低的驱动电压下能够使光束偏转至一个较大的角度。这是非常有用的光谱调谐和波长选择的应用。2016年，YuzoSasaki等人在波长1300nm处展示了一种结合电光KTN晶体的新扫描光源，用于光学相干断层的扫描。该新扫描光源重复扫描速率为200kHz，但其输出功率仅约20mW。综上所述，现有光源的缺陷在于光束的输出功率和波长线宽浮动大，波长调谐范围小和光源的输出功率低等。因此，如何减小调谐后光束的功率和波长线宽的浮动，提高波长的调谐范围以及实现高功率输出是本领域技术人员急需解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提出一种设计合理、输出功率和波长线宽浮动小、宽调谐范围、高功率输出的波长扫描光源系统及其波长调谐方法。本专利技术解决其现实问题是采取以下技术方案实现的：一种波长扫描光源系统，包括利特罗式反射光栅、变形棱镜组合、平凹柱面透镜、高速电光偏转器、偏振片、第一保偏单模光纤、第二保偏单模光纤、助推光学放大器和光电探测器；所述助推光学放大器两端分别与第一保偏单模光纤和第二保偏单模光纤相连接，该助推光学放大器产生激光光束后依次经过第一保偏单模光纤和偏振片后，入射到高速电光偏转器，从高速电光偏转器出来后的光束再经过平凹柱面透镜后进入变形棱镜组合，之后光束入射到利特罗式反射光栅；由利特罗式反射光栅反射回来的光束依次通过变形棱镜组合、平凹柱面透镜、高速电光偏转器、偏振片和第一保偏单模光纤重新入射到助推光学放大器，该光束经过第二保偏单模光纤后，入射到光电探测器，由光电探测器记录光束的功率、波长等信息。而且，所述高速电光偏转器包括两侧涂有电极的钽铌酸钾晶体和安置在其下方的制冷片。一种波长扫描光源系统及其波长调谐方法，包括以下步骤：步骤1、记录初始的激光波长λ0和初始加在安置在制冷片上的基于钽铌酸钾晶体的高速电光偏转器两端的初始电压值V0；步骤2、增加加在安置在制冷片上的基于钽铌酸钾晶体的高速电光偏转器两端的电压值，记录光电探测器探测出的波长信息；步骤3、多次重复步骤2后，发现光电探测器探测到的波长不再随电压的变化而变化时，则一次完整的调谐结束；步骤4、多次重复步骤1至步骤3，看是否能得到相同的结果，最后将记录的电压值和波长值绘在一个坐标里即可得到输出波长与施加电压的调谐关系曲线图。本专利技术的优点和有益效果：1、本专利技术能够在1550nm波长附近，实现超过80nm的宽谱调谐范围。2、本专利技术能够极大减小光束输出功率和波长线宽的浮动。3、本专利技术能够实现稳定的高功率输出，输出功率高达100mW。附图说明图1为本专利技术的高功率波长扫描放大自发辐射光源系统的原理图；图2为本专利技术的输出波长与施加电压的调谐关系曲线图；图3(a)为本专利技术的不同的电流下，输出功率、波长线宽与输出波长的关系曲线图(没有变形棱镜组合时，光束的输出功率)；图3(b)为本专利技术的不同的电流下，输出功率、波长线宽与输出波长的关系曲线图(有变形棱镜组合时，光束的输出功率)；图3(c)为本专利技术的不同的电流下，输出功率、波长线宽与输出波长的关系曲线图(没有变形棱镜组合时，光谱的线宽)；图3(d)为本专利技术的不同的电流下，输出功率、波长线宽与输出波长的关系曲线图(有变形棱镜组合时，光谱的线宽)；图4为本专利技术的电流为500mA下，光束的输出波长和对应输出功率的关系曲线图；图5为本专利技术的扫频波长范围与施加交流电压(方波和锯齿波)的依赖关系曲线。具体实施方式以下结合附图对本专利技术实施例作进一步详述：一种基于光学放大器和快速电光波长选择单元的外腔波长扫描放大自发辐射光源系统，如图1所示，包括利特罗式反射光栅A、变形棱镜组合B、平凹柱面透镜C、高速电光偏转器D、偏振片E、第一保偏单模光纤F1和第二保偏单模光纤F2(F1和F2仅有长度区别)、助推光学放大器G和光电探测器H；助推光学放大器G的两端各连有一根保偏单模光纤(即图1中的F1和F2且F1—G—F2是一体的)。其工作流程如下：首先，助推光学放大器产生1550nm的激光光束(沿X轴偏振)，之后该光束进入保偏单模光纤(即图1中的F1)，然后，由保偏单模光纤传出的光束，经过偏振片后，入射到高速电光偏转器，从高速电光偏转器出来后的光束再经过平凹柱面透镜后进入变形棱镜组合，之后光束入射到利特罗式反射光栅；由利特罗式反射光栅反射回来的光束依次通过变形棱镜组合、平凹柱面透镜、高速电光偏转器、偏振片和保偏单模光纤(即图1中的F1)重新入射到助推光学放大器，最后，该光束经过保偏单模光纤(即图1中的F2)后，入射到光电探测器，由光电探测器记录光束的功率、波长等信息。在本实施例中，所述高速电光偏转器D包括两侧涂有电极的钽铌酸钾晶体和安置在其下方的制冷片。一种波长扫描光源系统及其波长调谐方法，包括以下步骤：步骤1、记录初始的激光波长λ0和初始加在安置在制冷片上的基于钽铌酸钾晶体的高速电光偏转器D两端的初始电压值V0；步骤2、增加加在安置在制冷片上的基于钽铌酸钾晶体的高速电光偏转器D两端的电压值，记录光电探测器H探测出的波长信息；步骤3、多次重复步骤2后，发现光电探测器H探测到的波长不再随电压的变化而变化时，则一次完整的调谐结束；步骤4、多次重复步骤1至步骤3，看是否能得到相同的结果，最后将记录的电压值和波长值绘在一个坐标里即可得到输出波长与施加电压的调谐关系曲线图。下面对本专利技术的波长扫描光源系统的各个组件的功能作进一步说明：A、利特罗式反射光栅(600/mm,1600nmblaze,GR13-0616,Thorlabs)，用于反射沿入射方向的光束；B、变形棱镜组合(Thorlabs,PS872-C)，用于减少光束的输出功率和波长线宽的波动；C、平凹柱面透镜，用于控制光束的某个特定方向上的尺寸；D、安置在制冷片上的基于钽铌酸钾晶体的高速电光偏转器，在施加电压情况下，能使光束发生偏转；E、偏振片，对光束具有本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种波长扫描光源系统，其特征在于：包括利特罗式反射光栅、变形棱镜组合、平凹柱面透镜、高速电光偏转器、偏振片、第一保偏单模光纤、第二保偏单模光纤、助推光学放大器和光电探测器；所述助推光学放大器两端分别与第一保偏单模光纤和第二保偏单模光纤相连接，该助推光学放大器产生激光光束后依次经过第一保偏单模光纤和偏振片后，入射到高速电光偏转器，从高速电光偏转器出来后的光束再经过平凹柱面透镜后进入变形棱镜组合，之后光束入射到利特罗式反射光栅；由利特罗式反射光栅反射回来的光束依次通过变形棱镜组合、平凹柱面透镜、高速电光偏转器、偏振片和第一保偏单模光纤重新入射到助推光学放大器，该光束经过第二保偏单模光纤后，入射到光电探测器，由光电探测器记录光束的功率、波长等信息。

【技术特征摘要】
1.一种波长扫描光源系统，其特征在于：包括利特罗式反射光栅、变形棱镜组合、平凹柱面透镜、高速电光偏转器、偏振片、第一保偏单模光纤、第二保偏单模光纤、助推光学放大器和光电探测器；所述助推光学放大器两端分别与第一保偏单模光纤和第二保偏单模光纤相连接，该助推光学放大器产生激光光束后依次经过第一保偏单模光纤和偏振片后，入射到高速电光偏转器，从高速电光偏转器出来后的光束再经过平凹柱面透镜后进入变形棱镜组合，之后光束入射到利特罗式反射光栅；由利特罗式反射光栅反射回来的光束依次通过变形棱镜组合、平凹柱面透镜、高速电光偏转器、偏振片和第一保偏单模光纤重新入射到助推光学放大器，该光束经过第二保偏单模光纤后，入射到光电探测器，由光电探测器记录光束的功率、波长等信息。2.根据权利要求1所述的一种波...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘洪亮，武鹏飞，李小金，
申请(专利权)人：南开大学，
类型：发明
国别省市：天津,12